Лев Кокин - Пути в незнаемое

Последняя серия опытов дорисовала картину отношений клубеньковых бактерий к бобовому растению. Оглядим ее целиком.

В нормальных условиях, то есть будучи на корнях растения, микробы бойко поглощают атмосферный азот;

в оторванных клубеньках питаются им недолго;

вне растения совсем не усваивают.

А теперь, словно вспышкой, осветим нашу картину фактом: « Азот воздуха попадает сначала в растение, а потом только к бактериям ».

Не приходит ли вам в голову вполне самостоятельно сформулированная научная гипотеза? Конечно, приходит. И гипотеза эта такова. «Хозяин» снабжает своих «квартирантов» каким-то веществом, повышающим их пищеварительные силы. В оторванных клубеньках остается некоторый запас этого вещества. Его хватает бактериям на десять минут питания. Затем оно расходуется, новых поступлений нет, и связывание атмосферного азота прекращается.

Ваша гипотеза разумна. Но из нее возникает трудный вопрос.

Что это за вещество? Почему растения сами не используют его для получения дополнительного азота?

Федор Васильевич не терпел откладывать на завтра интересное, если даже знал, что ни завтра, ни послезавтра, ни, быть может, через десять лет задачу не решить. Но это почему-то не мешало ему работать так, словно завтрашнего дня не будет.

По мере того как от общих вопросов продвигались к деталям, каждый шаг вперед делался короче, стали частыми длительные остановки.

Вначале исследователи пытались просто подловить клубеньковые бактерии, выманить у них признание: что это за вещество? Бактериям скармливали сахара, аминокислоты, нуклеиновые кислоты — то, чем может делиться с ними само растение.

Начни бактерии после одного из таких обедов захватывать меченый азот — какое это было бы везенье! Стала бы ясна очень важная особенность процесса, осуществляемого бобовыми культурами. Но они не начинали. На протяжении нескольких лет бактерии разных темпераментов и разного происхождения убеждали исследователей в тщетности попыток что-либо узнать подобным образом. И почти убедили. Федор Васильевич решил, не прекращая «мирных переговоров», перейти к активным действиям.

В клубеньках бобовых растений при нормальном давлении и нормальной температуре атмосферный азот лишается свободы и вступает в химическую связь. При этом ценность его сильно возрастает, так как свободного азота сколько хочешь, а химически связанного не хватает. Здесь, в клубеньках, этих маленьких цехах, восполняется значительная часть азотной пищи планеты. На протяжении десятилетий, которые принесли миру атомную энергию, телевидение, нейлон и прочие не менее диковинные вещи, процесс фиксации азота клубеньковыми бактериями продолжал оставаться тайным.

Азот противится связям с посторонними элементами. Без принуждения он не реагирует даже с такими общительными газами, как водород и кислород. Между тем азот, если можно так выразиться, один из основателей самой жизни. Он лежит в «фундаменте» всех известных белковых молекул. Вот и получается, что жизнь основал безжизненный («азотикон» по-гречески означает именно это).

Дорого обходится человечеству безжизненность азота. Соединения этого элемента используются для решения двух самых крупномасштабных задач — пропитания людей (азотные удобрения) и их истребления (начинка снарядов и авиабомб). Единственным подходящим источником для удовлетворения такой ненасытной потребности в сырье служит атмосфера. Там азота в преизбытке. Но — свободного.

(Нам просто удобен такой ход рассуждений, а вообще-то сожалеть об инертности азота не больше оснований, чем радоваться по тому же поводу. Стань вдруг азот активнее, он соединился бы с водами океана и превратил их в азотную кислоту, сделав жизнь невозможной.)

На заводах синтетического аммиака его связывают. Это происходит в стальных толстостенных башнях, где давление достигает сотен атмосфер, а температура — сотен градусов. Специальная сталь выдерживает эту обстановку на пределе своих сил. Но лишь при таких условиях удается химически связывать азот с водородом и получать аммиак — пахнущий нечистотами газ, который в конечном счете превращается в хлеб и другую пищу.

Чтобы соединение азота с водородом шло живее, применяют специальные порошки: окись железа и окись алюминия. Они служат катализаторами. Сейчас это слово вошло уже в обиход публицистики и не требует объяснений. Напомним попутно, что катализаторы держат в своих руках всю, или во всяком случае почти всю, промышленную химию. Это они делают экономически целесообразными и технически осуществимыми реакции мирового значения, в результате которых мы получаем спирт, каучук, бензин, пластмассы и великое множество других вещей — тех, что определяют лицо цивилизации.

А что значит «экономически целесообразными и технически осуществимыми»? Вот что: реакции идут при сравнительно низких температурах и давлениях.

В клубеньках бобовых растений, конечно, без катализаторов не обходится, бобовые, видимо, тоже пользуются услугами химических посредников для сватовства азота с водородом. Ведь живые организмы только потому и могут быть нежными и мягкими, эластичными и компактными, что биохимические процессы протекают при посредничестве идеально «подобранных» катализаторов. Иначе, учитывая сложность реакций обмена веществ, даже простейшая амеба должна была бы одеться в жаропрочный металл, иметь кислотоупорные, коррозионно-стойкие «конструктивные детали».

Связывать атмосферный азот при нормальной температуре и нормальном давлении бактерии могут благодаря катализаторам. Но поскольку катализаторы (или ферменты, как их называют, когда имеются в виду химические процессы жизни) — это посредники, предпочитающие оставаться в тени, установить лишь сам факт посредничества еще далеко не все.

Ученых многих стран остро интересовало, какими ферментами пользуются живые фиксаторы азота. Группа профессора Турчина была в числе этих исследователей. А когда люди делают одно дело, соревнование, помимо их воли, становится подстегивающим стимулом. В невообразимых высотах духа, откуда даже состязания олимпийцев должны представляться мелким, наивным соперничеством, тоже, как установлено, ведется свой, гамбургский счет голам. А раз так, то мы откровенно рады за профессора Турчина, которому удалось опередить и отечественных и зарубежных коллег в трудном поиске.

Забегая вперед, скажем: набор ферментов искали многие. Но состав такой силы, как в лаборатории азота Научно-исследовательского института удобрений и инсектофунгицидов, не получил никто. Микроскопические количества ферментной жидкости способны химически связывать азот воздуха — вот достижение, зарегистрированное на Долгопрудной, и больше нигде в мире.